[发明专利]自增湿膜和自增湿燃料电池及其制备方法

权利要求书

1.一种制备能用于自增湿燃料电池的自增湿膜的方法，其包括：

制备多孔基底；用选自沸石、分子筛和类沸石中的沸石基材料涂布所述多孔基底，从而形成具有沸石基材料涂层的孔壁及表面；用至少一种质子导电材料填充具有所述沸石基材料涂层的孔，从而形成自增湿膜结构；以及活化所述结构。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：利用质子导电聚合物作为所述质子导电材料来填充具有所述沸石基材料涂层的孔。

3.根据权利要求2所述的方法，包括：通过利用含有溶剂的聚合物前驱体来施加所述聚合物，所述溶剂包含至少一种选自异丙醇、二甲基亚砜、乙二醇、1，2-丙二醇和丙三醇中的物质。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多孔基底包括具有竖直或弯曲孔道的扁平金属、陶瓷、塑料、碳或玻璃基底材料。

5.根据权利要求4所述的方法，其中制备的多孔基底厚度在10至1000微米的范围内。

6.根据权利要求4所述的方法，其中制备的多孔基底厚度在50至200微米的范围内。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述沸石基材料是LTA、MFI、FAU型沸石、类沸石材料以及包括介孔氧化硅和超大孔分子筛在内的分子筛材料中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的方法，包括制备厚度在0.1至100微米范围内的沸石基材料涂层。

9.根据权利要求1所述的方法，包括利用全氟磺酸聚合物、磺化聚醚酮和磺化壳聚糖作为所述质子导电材料。

10.根据权利要求1所述的方法，包括利用亚微米尺寸的沸石基材料颗粒。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述活化包括：消除所述质子导电聚合物前驱体和所述沸石、分子筛或类沸石材料多孔结构中的溶剂，使膜具有自增湿性能。

12.一种用于自增湿燃料电池中的自增湿膜，包括具有沸石、类沸石和/或分子筛涂层的多孔基底、以及填充于具有所述涂层的多孔基底中的质子导电材料。

13.一种制备自增湿燃料电池的方法，包括利用根据权利要求1所述的方法制备的自增湿膜作为该燃料电池的自增湿质子导电膜。

14.一种自增湿燃料电池，其包括通过权利要求1所述的方法制备的自增湿膜，还包括：一个阳极气体扩散层和一个与之相邻的催化层，以及一个阴极气体扩散层和一个与之邻近的催化层。

15.一种质子交换膜燃料电池，包括自增湿电解质膜，该自增湿电解质膜是通过将质子导电聚合物限域于具有沸石、类沸石和/或分子筛涂层的多孔基底中制备而成的，所述限域的过程进一步包括：制备多孔基底；用选自沸石、分子筛和类沸石中的沸石基材料涂布所述多孔基底，从而形成具有沸石基材料涂层的孔壁及表面；用至少一种质子导电聚合物填充具有所述沸石基材料涂层的孔，从而形成自增湿膜结构；以及活化所述结构。

16.根据权利要求15所述的质子交换膜燃料电池，其中：

所述沸石基材料通过吸附反应生成的水和/或催化水的形成来调节自增湿膜中的水量；

所述的质子导电聚合物在具有沸石基材料涂层的多孔基底中的限域抑制了由温度改变和热效应导致的材料收缩和膨胀，从而改善了膜在高温下的机械及尺寸的稳定性；以及

所述限域诱导了孔中聚合物链的重排和官能团的重构。